经济型凸轮轴磨床数控系统

　　传统的凸轮轴磨床采用靠模成形法。由于靠模本身误差、机床传动误差及靠模法磨削成形原理等因素造成靠模仿形法加工出的凸轮型面曲线误差较大。另外，靠模易磨损，更换周期长、造价高，还可能降低机床的精度。国外一些工业发达国家从80年代开始，逐渐应用数控凸轮轴磨床来满足生产要求。但是，由于数控凸轮轴磨床技术含量高，目前仅有少数几个国家能够掌握这项技术，故机床售价昂贵，台价高达60－80万美元，国内企业一般无法承受。因此，我们有必要研制出我国自己的数控凸轮轴磨床，重点是凸轮轴磨床数控系统，以满足国民经济发展的需要。

1 设计思想

　　数控凸轮轴磨床的关键技术是数控成形。由于数控成形方式的不同，数控凸轮轴磨床有两种型式。一种是极坐标式：即工件转动、砂轮架进给以形成凸轮轮廓。这种方式控制算法比摇架式简单些，容易提高加工精度，但生产率较低。另一种是摇架式：即工件转动、摇架摆动以形成凸轮轮廓。因摇架惯量比砂轮惯量小，故该方式生产率较高，但技术比较复杂。考虑到传统的凸轮轴磨床都是摇架式，采用摇架式数控成形不仅生产率高，而且有利于传统凸轮轴磨床的数控改造，故本数控系统采用摇架式数控成形。为保证凸轮加工的精度，工件转动和摇架摆动之间采用强迫耦合技术；摇架的角位移用光栅检测反馈，再通过数字调节技术提高轮廓控制精度。为保证生产率，工件的转动和摇架的摆动采用交流或直流伺服电机。为降低成本，工作台的移动采用步进电机。

　　机床的主机是对一台M8312型普通凸轮轴磨床进行数控改造后形成的。该机床的数控改造主要有以下几点。

1.主轴电机 2.伺服电机 3.工件主轴 4.光栅 5.摇架 6.工作台 7.床身 8.步进电机

图1 数控凸轮轴磨床传动系统图

图2 数控系统硬件原理图

　　头架主轴的转动由原来的两级变速改为由交流变频器控制的无级调速，以实现对凸轮轴的不等角速度控制。

　　拆掉原靠模机构，通过直流伺服电机、滚珠丝杠、杠杆机构来带动摇架摆动，以实现数控成形。

　　工作台的移动原为手轮操作，现改为步进电机驱动，以实现自动更换凸轮桃子。

　　改造后的机床传动系统如图1所示。